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本發(fā)明涉及礦山建設(shè)工程，尤其涉及一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)與施工方法。
背景技術(shù)：
1、針對(duì)深厚富水巖層，高效益比封水依然是立井建設(shè)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)問題。目前，雖然雙層井壁或雙層復(fù)合井壁可在深厚富水巖層中實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的封水性能，但兩種井壁結(jié)構(gòu)及其施工工藝完全沿襲中東部地區(qū)深厚沖積層中的鑿井技術(shù)與施工經(jīng)驗(yàn)，并未根據(jù)富水巖層的水文地質(zhì)條件進(jìn)行有針對(duì)性的研究與改進(jìn)，導(dǎo)致現(xiàn)行凍結(jié)井壁，甚至非凍結(jié)井的設(shè)計(jì)理論、方法、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)難以科學(xué)地指導(dǎo)深厚富水巖層中深大立井井筒的建設(shè)；按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)的井壁結(jié)構(gòu)和參數(shù)與深厚富水巖層特點(diǎn)不相適應(yīng)，造成井壁厚度大、易開裂、防水性能差，同時(shí)造成鑿井工程量和難度大、投資大和工期長(zhǎng)等問題。
2、深厚表土中的雙層井壁或雙層復(fù)合井壁結(jié)構(gòu)，其外層井壁主要用于抵抗凍結(jié)壓力和施工荷載，內(nèi)層井壁按照抵抗全水壓設(shè)計(jì)，內(nèi)外層井壁共同承受永久地壓，在大量的工程實(shí)踐中已經(jīng)形成了較為完善的設(shè)計(jì)理論。然而，對(duì)于富水巖層中的雙層井壁或雙層復(fù)合井壁，由于凍結(jié)巖石強(qiáng)度較高，掘進(jìn)時(shí)凍結(jié)壁基本處于彈性狀態(tài)，故外層井壁可按經(jīng)驗(yàn)取值，按現(xiàn)行規(guī)范，內(nèi)層井壁應(yīng)按完全水壓計(jì)算。隨著我國深立井井筒要穿過的富水巖層厚度越來越大，相當(dāng)數(shù)量的井筒將穿過深達(dá)1000至1500m以上的巖層。在此條件下，基巖段凍結(jié)井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍沿用表土層凍結(jié)井壁的設(shè)計(jì)方法，按現(xiàn)行《煤礦立井井筒及硐室設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用雙層復(fù)合井壁結(jié)構(gòu)時(shí)，有的大直徑深井井筒，即使采用c80混凝土支護(hù)，井壁總厚度仍會(huì)超過3.0?m（其中內(nèi)層井壁厚度超過2.5m）。井筒掘進(jìn)斷面的利用率（井筒凈斷面積與掘進(jìn)斷面積之比）只有不到30%。因此，基巖段復(fù)合井壁掘砌施工費(fèi)用必然很高，也大幅增加了井筒凍結(jié)等工程的施工費(fèi)用，延長(zhǎng)了建井工期。隨著井筒建設(shè)深度的增大，雙層井壁或雙層復(fù)合井壁結(jié)構(gòu)越來越不合理。
3、如何開發(fā)一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)與施工方法，降低井壁厚度，提高井筒掘進(jìn)斷面利用率，進(jìn)而降低工程造價(jià)，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)與施工方法，解決背景技術(shù)中所列的問題。
2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
3、本發(fā)明一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)與施工方法，包含強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體、弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體和隔水壁圈，所述強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體、所述弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體和所述隔水壁圈一體澆筑成型，且所述強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體與所述弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體之間通過所述隔水壁圈分隔；
4、上下所述隔水壁圈之間澆筑有外層井壁。
5、優(yōu)選的，所述隔水壁圈的外側(cè)壁安裝有臨時(shí)支護(hù)，所述臨時(shí)支護(hù)與隔水層連接。
6、優(yōu)選的，所述臨時(shí)支護(hù)采用掛網(wǎng)和/或錨桿。
7、優(yōu)選的，所述強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體與強(qiáng)含水層相對(duì)應(yīng)，所述弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體與弱含水層相對(duì)應(yīng)。
8、優(yōu)選的，所述強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體的壁厚大于所述弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體的壁厚。
9、優(yōu)選的，所述強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體、所述弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體的外側(cè)壁澆筑有所述外層井壁，且在所述強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體、所述弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體的外側(cè)壁與所述外層井壁的側(cè)壁間安裝有夾層。
10、優(yōu)選的，所述夾層采用塑料板、泡沫板或新老混凝土交界面。
11、一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)施工方法，包括如下步驟：
12、s1、井檢孔探測(cè)確定井壁結(jié)構(gòu)，根據(jù)井壁結(jié)構(gòu)需求及井筒穿越地層的水文、地質(zhì)條件確定隔水壁圈的位置與形狀，隔水壁圈形狀通過調(diào)整外層井壁澆筑過程所用的模板及其刃腳實(shí)現(xiàn)；
13、s2、開始外層井壁施工，由上而下分段掘進(jìn)并澆筑外層井壁；
14、s3、預(yù)留澆筑區(qū)施工，待外層井壁施工至s1中確定的隔水壁圈的位置時(shí)，采用臨時(shí)支護(hù)的方式預(yù)留出隔水壁圈的澆筑區(qū)；
15、s4、外層井壁施工至預(yù)定深度，重復(fù)上述s2與s3步驟的操作，直至施工至預(yù)定深度；
16、s5、夾層鋪設(shè)，根據(jù)需要在內(nèi)層井壁主體和外層井壁之間設(shè)置夾層，夾層為塑料板或新老混凝土交界面；
17、s6、內(nèi)層井壁主體和隔水壁圈施工，自下而上連續(xù)澆筑內(nèi)層井壁主體和隔水壁圈，使其成為一體化結(jié)構(gòu)，并沿豎向每隔不超過20m的距離，在周向預(yù)埋8～12個(gè)注漿管，用于后期夾層內(nèi)注漿；內(nèi)層井壁主體根據(jù)含水層性質(zhì)與地質(zhì)條件進(jìn)行有針對(duì)性的分段設(shè)計(jì)，分為弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體和強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體，其厚度、材料和結(jié)構(gòu)可根據(jù)水文、地質(zhì)條件進(jìn)行差異化建設(shè)；
18、s7、夾層內(nèi)注漿施工，內(nèi)層井壁主體與隔水壁圈施工完成后，根據(jù)需要利用預(yù)埋或鉆孔新裝注漿管，向內(nèi)外層井壁間的夾層內(nèi)注入微膨脹漿液，每孔注漿終壓應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)壓力；根據(jù)建設(shè)需求，也可在含水層內(nèi)增設(shè)隔水壁圈，以縮減夾層內(nèi)漿液豎向流竄范圍，提高注漿質(zhì)量。
19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果：
20、本發(fā)明一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)與施工方法，在外層井壁施工時(shí)以臨時(shí)支護(hù)的方式預(yù)留出隔水壁圈的澆筑區(qū)，待套砌內(nèi)層井壁時(shí)，內(nèi)層井壁主體與隔水壁圈以整體形式澆筑出來，形成可基于地層富水性分段優(yōu)化的新型井壁結(jié)構(gòu)。此種井壁結(jié)構(gòu)利用隔水壁圈隔斷上、下含水層間的聯(lián)系，從結(jié)構(gòu)上將井壁及穿越地層進(jìn)行分段與分類，進(jìn)而根據(jù)穿越地層的水文和地質(zhì)條件，合理優(yōu)化各段井壁結(jié)構(gòu)，有選擇性地對(duì)各段內(nèi)、外層井壁之間的水壓實(shí)施疏放或者抵抗策略，為減薄內(nèi)層井壁厚度提供技術(shù)支撐；該種井壁結(jié)構(gòu)施工工藝簡(jiǎn)單，整體封水性能好，可實(shí)現(xiàn)深大立井井壁結(jié)構(gòu)在垂直方向上有針對(duì)性地開展分段化設(shè)計(jì)與精進(jìn)，優(yōu)化深部富水巖層中的井壁結(jié)構(gòu)，降低井筒造價(jià)。
1.一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)，其特征在于：包含弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體（11）、強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體（12）和隔水壁圈（13），所述弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體（11）、所述強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體（12）和所述隔水壁圈（13）一體澆筑成型，且所述弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體（11）與所述強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體（12）之間通過所述隔水壁圈（13）分隔；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述隔水壁圈（13）的外側(cè)壁安裝有臨時(shí)支護(hù)（14），所述臨時(shí)支護(hù)（14）與隔水層（6）連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述臨時(shí)支護(hù)（14）采用掛網(wǎng)和/或錨桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體（11）與弱含水層（4）相對(duì)應(yīng)，所述強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體（12）與強(qiáng)含水層（5）相對(duì)應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體（11）的壁厚小于所述強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體（12）的壁厚。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體（11）、所述強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體（12）的外側(cè)壁澆筑有所述外層井壁（2），且在所述弱含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體（11）、所述強(qiáng)含水層對(duì)應(yīng)的內(nèi)層井壁主體（12）的外側(cè)壁與所述外層井壁（2）的側(cè)壁間安裝有夾層（3）。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述夾層（3）采用塑料板、泡沫板或新老混凝土交界面。
8.一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)施工方法，用于施工權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種基于地層富水性分段優(yōu)化的井壁結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括如下步驟：